(57)【要約】【課題】  制御上の全閉位置における吸入空気の漏れ流量を小さくするとともに、弁体のテーパ面をバルブシートに突き当てる際に食い付きを防止する。【解決手段】  本発明に係る流量制御装置は、ステッピングモータの正転あるいは逆転運動を軸方向の往復運動に変換して弁体２２をバルブシート１６に対して接近あるいは離隔させ、その弁体２２とバルブシート１６間に形成された流路を流れる空気の流量を制御するとともに、前記ステッピングモータの回転角度を表す制御ステップでバルブシート１６に対する弁体２２の位置を検出する構成の流量制御装置であって、弁体２２は、その外周に先細のテーパ面を備えており、弁体２２のテーパ面がバルブシート１６に対して軸方向から突き当たる全閉位置で前記制御ステップを初期値にする構成であり、弁体２２の軸心に対するテーパ面の傾斜角度が8°以上25°未満に設定されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの正転あるいは逆転運動を軸方向の往復運動に変換して弁体をバルブシートに対して接近あるいは離隔させ、その弁体とバルブシート間に形成された流路を流れる空気の流量を制御するとともに、前記ステッピングモータの回転角度を表す制御ステップで前記バルブシートに対する前記弁体の位置を検出する構成の流量制御装置であって、
弁体は、その外周に先細のテーパ面を備えており、
前記弁体の前記テーパ面が前記バルブシートに対して軸方向から突き当たる全閉位置で前記制御ステップを初期値にする構成であり、
前記弁体の軸心に対するテーパ面の傾斜角度が8°以上25°未満に設定されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された流量制御装置であって、
バルブシートは、弁体の先端部を挿入可能なように、その弁体と同軸に設けられた空気通路の開口周縁部に形成されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の流量制御装置であって、
弁体の軸心に対するテーパ面の傾斜角度が14°以下に設定されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の流量制御装置であって、
弁体とバルブシートとはガラス強化樹脂により形成されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流量制御装置であって、
弁体及び／又はバルブシートを構成するガラス強化樹脂には、摩擦低減材が含有されていることを特徴とする流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの正転あるいは逆転運動を軸方向の往復運動に変換して弁体をバルブシートに対して接近あるいは離隔させ、その弁体とバルブシート間に形成された流路を流れる空気の流量を制御するとともに、前記ステッピングモータの回転角度を表す制御ステップで前記バルブシートに対する前記弁体の位置を検出する流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これに関連する従来の流量制御装置が特許文献１に記載されている。
この流量制御装置は、エンジンのスロットルバルブをバイパスする吸気通路（バイパス通路）に設置される装置であり、アイドリング時にそのバイパス通路を流れる吸入空気の流量を制御する。
流量制御装置は、ステッピングモータの正転あるいは逆転運動を軸方向の往復運動に変換して弁体をバルブシートに対して接近あるいは離隔させ、その弁体とバルブシート間に形成された流路を流れる吸入空気の流量を制御する。図６に示すように、流量制御装置９０の弁体９２は、基端部の外周に先細のテーパ面９２ｅを備えている。バルブシート９５は、弁体９２の先端部を挿入可能なように、その弁体９２と同軸に設けられた円柱形通路９５ｈの開口周縁部に形成されている。
【０００３】
弁体９２が円柱形通路９５ｈに挿入されて、その弁体９２のテーパ面９２ｅがバルブシート９５に対して軸方向から突き当ると、流路は全閉状態となる。そして、この状態で、弁体９２の位置検出に使用されるステッピングモータの制御ステップがクリアされる（イニシャライズされる）。即ち、実際の全閉位置を基準にしてバルブシート９５に対する弁体９２の位置を検出できるようになる。
ここで、弁体９２の軸心Ｃに対するテーパ面９２ｅの傾斜角度θは、ステッピングモータをイニシャライズするときに、弁体９２がバルブシート９５（円柱形通路９５ｈ）に食い付くのを防止するため、θ＝25°に設定されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２７２３２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５の制御ステップに対する空気流量のグラフに示すように、弁体９２が開方向に移動する場合（制御ステップが増加する場合）、テーパ面９２ｅの傾斜角度θが大きいほど空気流量の増加量は大きくなる。一般的に、流量制御装置９０は、バイパス通路を閉じる場合でも弁体９２がバルブシート９５に当接しないように制御されるため、制御上の全閉位置（制御ステップ10参照）で流路は若干開いている。この場合、テーパ面９２ｅの傾斜角度θを25°に設定すると、図５の点線に示すように、制御上の全閉位置で吸入空気の漏れ流量が比較的大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の技術的課題は、制御上の全閉位置で吸入空気の漏れ流量を極力小さくするとともに、ステッピングモータのイニシャライズ時（弁体のテーパ面をバルブシートに突き当てる時）に弁体がバルブシートに食い付かないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、ステッピングモータの正転あるいは逆転運動を軸方向の往復運動に変換して弁体をバルブシートに対して接近あるいは離隔させ、その弁体とバルブシート間に形成された流路を流れる空気の流量を制御するとともに、前記ステッピングモータの回転角度を表す制御ステップで前記バルブシートに対する前記弁体の位置を検出する構成の流量制御装置であって、弁体は、その外周に先細のテーパ面を備えており、前記弁体の前記テーパ面が前記バルブシートに対して軸方向から突き当たる全閉位置で前記制御ステップを初期値にする構成であり、前記弁体の軸心に対するテーパ面の傾斜角度が8°以上25°未満に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
なお、請求項１における「突き当たる全閉位置」には、バルブシートに突き当たった弁体が、ステッピングモータの性格上、そのバルブシートから若干浮いた状態も含むものとする。
本発明によると、軸心に対する弁体のテーパ面の傾斜角度が25°未満に設定されているため、その傾斜角度が25°以上の場合と比較して、制御上の全閉位置における吸入空気の漏れ流量を小さくできる。
また、軸心に対する弁体のテーパ面の傾斜角度が8°以上に設定されているため、ステッピングモータの制御ステップを初期化（イニシャライズ）する際、即ち、弁体のテーパ面をバルブシートに突き当てる際に、バルブシートに対する弁体の食い付きを防止できる。
【０００９】
なお、請求項２に示すように、弁体の先端部を挿入可能なように、その弁体と同軸に設けられた空気通路の開口周縁部にバルブシートを形成するのが構造上好ましい。
請求項３の発明では、弁体の軸心に対するテーパ面の傾斜角度が14°以下に設定されている。これによって、制御上の全閉位置において空気の漏れ流量をさらに小さくできる。
また、請求項４に示すように、弁体とバルブシートとをガラス強化樹脂により形成するのが、成形上好ましい。
また、請求項５に示すように、弁体及び／又はバルブシートを構成するガラス強化樹脂に摩擦低減材を含有させることで、バルブシートに対する弁体の食い付きがさらに発生し難くなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制御上の全閉位置で吸入空気の漏れ流量を小さくできるとともに、ステッピングモータの制御ステップを初期化する際、実際の全閉位置でバルブシートに対する弁体の食い付きを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施形態１）
以下、図１から図５に基づいて本発明の実施形態１に係る流量制御装置の説明を行う。本実施形態に係る流量制御装置は、エンジンのスロットルバルブをバイパスする吸気通路（バイパス通路）に設置されており、アイドリング時にそのバイパス通路を流れる吸入空気の流量を制御する装置である。ここで、図１は本実施形態に係る流量制御装置の側面図、図２は図１のII部拡大図である。また、図３は全閉状態を表す側面図、図４はステッピングモータのイニシャライズの手順を表すフローチャートである。
【００１２】
流量制御装置１０は、エンジンのＥＣＵ（電子制御装置）からの信号を受けてアイドリング時にバイパス通路を流れる吸入空気の流量を制御する装置である。流量制御装置１０は、図１に示すように、本体ケース２０と、その本体ケース２０内に収納されたステッピングモータ（図示省略）と、同じく本体ケース２０内で前記ステッピングモータの回転運動を軸方向の運動に変換する運動変換機構（図示省略）と、前記運動変換機構によって軸方向に移動させられる弁体２２とから構成されている。
【００１３】
流量制御装置１０の本体ケース２０は、前記ステッピングモータを収納する筒状のモータ収納部２４を備えている。モータ収納部２４の先端（図１で下端）には、例えば、スロットルボディ１２に連結されるフランジ部２５がモータ収納部２４と同軸に形成されている。さらに、フランジ部２５の先端面（モータ収納部２４と反対側の面）の中央には、軸方向に突出する突出部２７がフランジ部２５と同軸に形成されている。本体ケース２０の突出部２７は、後記するスロットルボディ１２の円柱形凹部１３に収納可能に構成されている。突出部２７は、大径に形成された基端部２７ｒと若干小径に形成された先端部２７ｓとから構成されている。そして、突出部２７の基端部２７ｒと先端部２７ｓとの段差部分にスロットルボディ１２の円柱形凹部１３の開口縁をシールするＯリング２８が装着されている。
また、本体ケース２０におけるモータ収納部２４の基端部にはステッピングモータ用のコネクタ２６が一体成形されている。即ち、前記ステッピングモータはコネクタ２６を介してエンジンのＥＣＵと電気的に接続されている。
【００１４】
弁体２２は、本体ケース２０及び前記ステッピングモータと同軸に保持されており、図１において上から順番に筒状部２２１、鍔部２２２及び弁本体部２２３が形成されている。弁体２２の筒状部２２１は、本体ケース２０内の運動変換機構（図示省略）に連結されており、弁体２２が軸方向に往復運動する際に本体ケース２０内に収納可能に構成されている。また、弁体２２の筒状部２２１の周囲であって、本体ケース２０の突出部２７の先端面とその弁体２２の鍔部２２２との間には、コイルバネ２２４が装着されている。コイルバネ２２４は、弁体２２を本体ケース２０の突出部２７から離隔させる方向に付勢されている。
【００１５】
弁体２２の弁本体部２２３は、図２に示すように、先細の円錐台形に形成されており、その外周面がテーパ面２２３ｒとなっている。そして、弁体２２の軸心Ｃに対するテーパ面２２３ｒの傾斜角度θが8°〜14°の間に設定されている。
弁体２２の材料には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）にガラス繊維を30重量％〜60重量％程度混合したものを使用するのが好ましい。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）にカーボン繊維を20重量％〜40重量％、摩擦低減材としてポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を20重量％以下混合したものを使用しても良い。さらに、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）にガラス繊維を20重量％〜40重量％、摩擦低減材としてポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を20重量％以下混合したものを使用しても良い。また、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）にガラス繊維を20重量％〜45重量％程度混合したものを使用しても良い。
【００１６】
流量制御装置１０が装着されるスロットルボディ１２は、前述のように、本体ケース２０の突出部２７が収納される円柱形凹部１３（図１参照）を備えており、その円柱形凹部１３にバイパス通路１４が連通している。バイパス通路１４は、円柱形凹部１３に対してほぼ直角に接続される第一通路１４ｕと、その円柱形凹部１３に対して同軸に接続される第二通路１４ｄとから構成されている。第二通路１４ｄは円柱形に形成されて、弁体２２と同軸に位置決めされている。そして、弁体２２の弁本体部２２３の先端部を挿入可能な内径寸法に設定されている。したがって、弁体２２の弁本体部２２３が第二通路１４ｄに挿入され、その弁本体部２２３のテーパ面２２３ｒが第二通路１４ｄの開口縁に突き当てられた状態で、バイパス通路１４が閉鎖される（図３参照）。即ち、第二通路１４ｄの開口縁がバルブシート１６となる。バルブシート１６は、図２に示すように、断面円弧形（半径約0.3mm〜1.5mm）に面取りされている。なお、第二通路１４ｄが本発明における空気通路に相当する。
【００１７】
スロットルボディ１２の材料（特に、バルブシート１６の部分の材料）には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）にガラス繊維及びガラスビーズを30重量％〜70重量％程度混合したものを使用するのが好ましい。また、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）にガラス繊維を20〜45重量％程度混合したものを使用しても良い。さらに、ポリアミド樹脂（ナイロン）（ＰＡ６、ＰＡ６６）にガラス繊維を20〜45重量％程度混合したものを使用しても良い。また、上記した材料に摩擦低減材としてポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を20重量％以下混合したものを使用しても良い。
【００１８】
次に、図４、図５に基づいて、本実施形態に係る流量制御装置１０の動作およびステッピングモータの制御ステップを初期化（ステッピングモータのイニシャライズ）する手順を説明する。
先ず、イニシャライズ後の流量制御装置１０の動作を説明する。
前記イニシャライズが行われると、弁体２２における弁本体部２２３のテーパ面２２３ｒがバルブシート１６に軸方向から突き当たった状態、即ち、全閉状態で、エンジンのＥＣＵにおいてステッピングモータの制御ステップが零となる。この状態からＥＣＵが制御ステップを増加させると、前記ステッピングモータは制御ステップの増加分だけ開方向に回転する。これによって、弁体２２は本体ケース２０に引き込まれる方向（図１、図２において上昇方向）に移動し、バイパス通路１４の流路が徐々に開かれる（図５参照）。なお、図５の実線のグラフは弁体２２の軸心Ｃに対するテーパ面２２３ｒの傾斜角度θを8°に設定した場合の制御ステップと空気流量との関係を表している。
ＥＣＵが制御ステップを200まで増加させ、ステッピングモータがその制御ステップの増加分だけ開方向に回転した段階で、弁体２２は全開位置に保持される。
【００１９】
また、ＥＣＵが制御ステップを減少させると、前記ステッピングモータは制御ステップの減少分だけ閉方向に回転し、弁体２２は本体ケース２０から突出する方向（下降方向）に移動する。
ここで、エンジンのアイドリング時以外はスロットルバルブ（図示省略）によって吸入空気の流量制御が行われるため、流量制御装置１０はＥＣＵからの信号に基づいてバイパス通路１４を閉鎖する。このとき、ＥＣＵは弁体２２がバルブシート１６に当接しないように、制御ステップを最小値（一般的に10）に保持する。即ち、制御ステップ10の位置が制御上の全閉位置であり、流路は若干開かれている。しかし、弁体２２の弁本体部２２３のテーパ面２２３ｒは、軸心Ｃに対する傾斜角度θが8°〜14°の間に設定されているため、図５に示すように、制御上の全閉位置における吸入空気の漏れ流量が従来（  傾斜角度θ＝25°）よりも大幅に減少する。
【００２０】
次に、図４等に基づいて、流量制御装置１０おけるステッピングモータのイニシャライズの手順を説明する。
先ず、ＥＳＵで弁体２２を実際の全閉位置まで移動させるのに必要な制御ステップが設定される（ステップＳ１０１）。次に、ステッピングモータが設定された制御ステップに基づいて閉方向に回転し、その回転を終了した段階で（ステップＳ１０２  ＹＥＳ）、前記制御ステップがクリア（零）される（ステップＳ１０３）。即ち、弁体２２のテーパ面２２３ｒがバルブシート１６に突き当たった段階で、前記制御ステップがクリア（零）され、イニシャライズが終了する。なお、「弁体２２のテーパ面２２３ｒがバルブシート１６に突き当たった段階」には、バルブシート１６に突き当たった弁体２２のテーパ面２２３ｒがステッピングモータの性格上、そのバルブシート１６から若干浮いた状態も含むものとする。
ここで、前記ステッピングモータのイニシャライズはエンジンを止める際に行っても良いし、エンジンを始動させる際に行っても良い。
【００２１】
一般的に、弁体２２を開く方向に移動させる際のステッピングモータの推力（引き上げ推力）は、20Ｎ〜100Ｎ程度であり、弁体２２を閉じる方向に移動させる際のステッピングモータの推力（閉じ推力（コイルバネ２２４のバネ力を含む））の0.5倍〜1.5倍に設定されている。したがって、引き上げ推力が約100Ｎの場合、閉じ推力は、100Ｎ÷1.5倍〜100Ｎ÷0.5倍、即ち、約70Ｎ〜200Ｎ程度に設定される。
イニシャライズ時には、弁体２２のテーパ面２２３ｒはステッピングモータの閉じ推力に等しい力でバルブシート１６（第二通路１４ｄ）に突き当てられる。例えば、引き上げ推力が約100Ｎの場合、前述のように閉じ推力は最大で200Ｎ程度になり、この力で弁体２２のテーパ面２２３ｒはバルブシート１６に突き当てられる。しかし、テーパ面２２３ｒの軸心Ｃに対する傾斜角度θは8°以上に設定されているため、イニシャライズ時に弁体２２がバルブシート１６（第二通路１４ｄ）に食い付くことはない。即ち、ステッピングモータの引き上げ推力（100Ｎ）で弁体２２をバルブシート１６から引き上げることが可能となる。ここで、前述のように、弁体２２及びスロットルボディ１２を構成する樹脂に摩擦低減材としてポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を混合することで、バルブシート１６に対し弁体２２がさらに食い付き難くなる。
なお、イニシャライズ時に、弁体２２の食い付きが発生しない傾斜角度（θ＝8°）は実験により求められた値である。
【００２２】
本実施形態では、上記したように樹脂でスロットルボディ１２及びバルブシート１６を形成する例を示したが、アルミ合金でスロットルボディ１２及びバルブシート１６を形成することも可能である。
また、本実施形態では、流量制御装置１０をスロットルボディ１２に設置する例を示したが、流量制御装置１０をインテークマニホールドあるいは吸気バイパス通路等に設置することも可能である。
また、本実施形態では、エンジンのスロットルバルブをバイパスする吸気通路（バイパス通路）に設置される流量制御装置について説明したが、バイパス通路以外の空気通路に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１に係る流量制御装置の側面図である。
【図２】図１のII部拡大図である。
【図３】流量制御装置の全閉状態を表す側面図である。
【図４】ステッピングモータのイニシャライズの手順を表すフローチャートである。
【図５】制御ステップと空気流量との関係を表すグラフである。
【図６】従来の流量制御装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１２      スロットルボディ
１４      バイパス通路
１４ｄ    第二通路（空気通路）
１６      バルブシート
２２      弁体
２２３ｒ  テーパ面
【図１】
2005265104.tif 000003
【図２】
2005265104.tif 000004
【図３】
2005265104.tif 000005
【図４】
2005265104.tif 000006
【図５】
2005265104.tif 000007
【図６】
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